中國網/中國發展門戶網訊 化學是一門以實驗為基礎的自然科學，在原子、分子、納米等跨尺度、多層次上研究物質世界的組成、結構、性質、互作過程和演變規律。化學對整個科技領域的發展起到了強有力的支撐和推動作用，現代社會經濟發展中的材料、能源、環境、生命與健康、資源與可持續發展等問題，均需要化學的理論與方法。當今很多科技創新活動面臨的“卡脖子”問題的本質是化學問題，如微納加工技術、芯片加工技術的光刻膠、特高純化學試劑等。

我國歷來高度重視化學學科建設和發展，同時注重化學科學的基礎研究與重大應用任務相結合，產生了諸如人工合成結晶牛胰島素、人工合成酵母丙氨酸轉移核糖核酸、青蒿素的提取等重大成果，為科技和經濟社會發展作出了重要貢獻。目前，我國化學人才隊伍和論文數量均居世界前列，但仍然沒有改變關鍵核心技術被“卡脖子”的局面。未來，仍需要加強化學的基礎研究，加速與化學密切相關的重大科學問題和技術挑戰的研究，加大化學領域的重大原創成果產出與應用，促進我國化學科學的快速發展。為此，本文在分析化學科學基本特征和領域發展歷史經驗的基礎上，圍繞我國化學科學發展的問題與挑戰，結合優勢與短板，提出我國化學科學的新研究架構，并提出適應新架構的對策與建議。

 化學科學的基本特征

化學是一門承上啟下的中心科學。化學不僅是一門理解化學現象、發現化學過程的獨立科學，更是一門連接物質科學和應用科學的“中心科學”（central science），其在人類認識世界、改造世界中的作用是無可替代的。其他門類的自然科學之間，以及自然科學與工程技術之間的聯系都需要以化學為中間媒介。例如，自然科學中的物理科學，需要通過化學作為中介，才能更好地開展生命科學和材料科學的研究；信息工程也需要將化學的基礎性知識與信息傳輸、轉換、存儲等材料加工工藝、制造過程等相結合，才能實施高水平建設。化學作為一門中心科學，并不是指化學在所有學科中最重要，而是說明化學在社會和科學系統中的多邊關系和地位，是一門承上啟下的學科。

化學是一門既傳統又不斷發展的基礎科學，新的化學交叉分支不斷涌現。化學是創造新物質、新材料的基礎科學，同時也與物理學、生物學、地理學、醫學等學科相互滲透、相互促進發展。例如，化學與生物學的交叉科學問題研究一直是當代科學中一個極其重要和備受關注的領域。合成生物學、仿生化學、生物化學、酶化學和化學生物學等與生命科學密切相關的研究領域在我國越來越受到化學領域研究人員的關注和重視。又如，納米科學與技術在納米尺度研究和精準控制物質世界的組成、結構、性質、互作過程和演變規律，是當今最為熱門的研究領域之一，幾乎滲透到物質研究的各個方面。

化學是一門滲透于經濟社會發展各個方面的實用科學。化學已經滲透到國民經濟發展和人民物質文化生活改善和提高的幾乎所有方面，無論是高新尖端技術，還是國民經濟發展的各種支柱性和支撐性產業，或是人們的衣食住行、生活休閑、醫療保健，無不與化學科學的發展密切相關。化學塑造了世界，在能源、材料、微電子、環境、化工、醫療等各行業領域的科技支撐作用愈發顯著。根據國際化工協會聯合會?2019?年發布的《全球化學工業：催化增長并解決我們的全球可持續性挑戰》顯示，化學工業幾乎涉及所有生產行業，通過直接、間接和誘發影響為全球國內生產總值（GDP）作出了?7%?的貢獻，是全球第?5?大制造業。

主要國家化學科學發展的歷史經驗

當前，世界大國正在把構建引領未來的能力，作為科技創新的戰略導向。科技和創新，已經成為大國之間爭霸的主要領域，全球正面臨發展格局的新演變階段。過去?70?多年，科學及其所服務的社會發生了巨大變化，政治、經濟、安全、氣候等全球性問題凸顯。化學作為滲透到各個領域的中心科學，尤其備受關注；世界主要國家紛紛加大投入，且積極研究化學科研資助形式是否適應當今的社會變革和科技發展趨勢，更新完善化學科學發展政策，不斷升級化學科學研究規劃。

理論研究和實際應用結合使得德國化學率先占據領先地位

作為現代自然科學的重要基礎，現代意義上的化學發軔于?18?世紀的歐洲，英國和法國先后成為化學的學術中心；從?19?世紀?30—40?年代開始，德國逐漸成為化學的學術中心，直到二戰之前德國化學一直保持世界領先地位。1901—1939?年的共?40?位諾貝爾化學獎得主中，德國學者有?17?位，遠超同期英國和法國諾貝爾化學獎學者的數量。

德國化學保持世界領先地位長達?1?個世紀之久，除了其先進的教育制度、科學的教育方法和優越寬松的科研環境外，最重要的原因是德國非常重視化學的基礎理論研究和實際應用研究的結合。以染料工業為例，在德國政府的支持下，于?1877?年成立了德國國立化工研究所；該研究所以有機結構理論為指導，進行煤焦油的綜合利用，使德國的染料工業及制藥、香料工業迅速趕超英國。產業化應用實踐及其帶來的經濟收益使得化學基礎研究的課題源源不斷，基礎研究成果又迅速轉化應用，形成正向循環。

自?2006?年起，德國政府陸續出臺了“高技術戰略”（High-tech Strategy），包括“納米行動計劃”“氫和燃料電池技術國家創新計劃”“能源戰略?2050”等，聚焦尖端技術發展領域，體現了較強的國家需求導向。在科技計劃和項目管理中，德國采用分類分級管理的方式，對不同的科技計劃采取不同的組織模式。德國對化學的支持嵌入在各類科技計劃中，很好地體現了化學的中心地位和領域交叉的特征；其分類分級管理方式增加了項目管理的靈活性，有利于將企業、高校、科研機構等更多主體納入管理中來，更好地促進了基礎研究與實際應用的結合。

長期穩定支持造就了美國成為全球的化學研究中心

二戰之前，美國一直以應用研究為主，而基礎研究主要依靠歐洲。二戰以后，美國逐漸認識到，依靠他國輸入新知識在科技領域不可能長期發展。以?1945年《科學：無止境的前沿》為發端，美國政府一直在有計劃、持續、高強度地支持基礎科學研究；由此，美國化學的基礎研究在世界上占有絕對的優勢和穩固的地位，逐漸成為全球的化學研究中心。

美國聯邦政府通過采用合同制、科研資助制等方式來確定研究方向，從而影響和引導科研機構和大學開展化學研究的內容，以此來體現國家意志，達到用經濟手段控制和指導國家科技發展的目的。美國政府以重大科學項目為依托，遴選最優秀的科研骨干，開展高水平的持續攻關，有效推動了化學的快速崛起。例如，在“曼哈頓計劃”的牽引下，美國芝加哥大學的化學團隊在著名化學家?Glenn Theodore Seaborg?帶領下，為制備超鈾、分離钚、誘導鈾核裂變等提供了決定性的技術支持。過去?80?年，美國及其培養的化學家獲得了約?2/3?的諾貝爾化學獎，彰顯了美國成為世界化學創新源頭的地位。

進入?21?世紀前后，美國又密集部署了多項戰略性研究計劃，如“國家納米計劃”“材料基因組計劃”等，有些通過立法保證穩定支持。例如，2000?年美國開始實施“國家納米科技行動（NNI）計劃”；到?2020?年，美國政府先后?6?次發布“國家納米科技研究戰略”，僅聯邦政府就累計投入?280?億美元。持續的投資反映了美國對創新戰略的優先支持，并大力促進了美國化學研究率先進入學科交叉領域并引領全球的發展方向。美國體制決定了其科技計劃制定具有如下特點：① 有效的分權與制衡。各聯邦部門以國家目標和優先領域為指導，在白宮的協調下，編制本部門的研發計劃。② 科技計劃具有較強的連續性和穩定性。跨部門研發計劃通常具有較長的時間周期，從而確保了聯邦研發計劃的總體穩定。

需求導向的發展戰略有效提升了日本的化學發展水平

日本政府高度重視化學學科及工業的發展，早在一戰后，就成立了日本化學工業調查委員會和日本理化學研究所，這些專門的研究機構對于促進日本化學的獨創性研究起到了重要的作用。二戰后，日本政府為了解決糧食和穿衣問題，制訂了一系列促進化工發展的產業政策；20?世紀?50?年代中期，日本確立了以重工業及化工為產業重心的方針，化工水平得到了迅速提升。由于戰后初期日本的工業設備陳舊、技術落后，在日本政府的正確引導下，引進外資和先進技術成為戰后日本化工迅速發展的重要手段。

1980?年日本政府在《科學技術白皮書》中提出“科技立國”的方針，使日本從主要引進國外技術轉向發展有獨創性的自主技術，并逐漸強調基礎研究?。有關化學的大型研究項目有功能化學、生物化學技術和新材料技術等。近年來，日本對化學能源領域非常重視，2006?年頒布了以能源安全為核心的“日本新國家能源戰略”，2017?年出臺“氫能基本戰略”，2018?年出臺“第五次能源基本計劃”。以國家、社會和產業需求為目標，通過立法、計劃、規劃等形式，全面推進學科發展，這是日本政府支持化學研究和創新的顯著特征。

舉國體制優勢助力中國化學科學走上蓬勃發展之路

新中國成立后，化學作為最實用的科學，在石油、紡織、涂料等關系國計民生領域具有重要的地位，受到國家高度重視。尤其是?20?世紀?50—60?年代，我國化學進入了快速發展期，逐步建立了專業齊全的研究部門，形成了一支有一定研究能力的隊伍，包括專門的化學類研究所、大學的化學院系等。多年來，國家自然科學基金、“863?計劃”、“973?計劃”、科技創新?2030—重大項目，以及?2014?年科技計劃改革之后的新體系對化學研究的支持有效推動了化學在中國的發展。以?2020?年為例，全球化學專業文獻中，中國科研成果占比最多（圖?1）。在一些研究領域接近或達到世界水平，尤其是在人工合成蛋白質領域取得了重大成果。

人工合成結晶牛胰島素便是我國最具代表性的化學研究成果之一，是非常接近諾貝爾化學獎的成果。1956?年，國務院印發《1956—1967?年科學技術發展規劃》，提出了?57?項重大科學任務，并從中綜合提煉了?12?項緊急任務，其中就包括“蛋白質的結構、功能和合成的研究”。在周恩來、聶榮臻等黨和國家領導人的高度重視和大力支持下，中國科學院上海生物化學研究所、中國科學院上海有機化學研究所和北京大學化學系作為這項任務的主要承擔單位。自?1958?年開始，歷經?6?年?9?個月的艱辛，于?1965?年成功獲得人工合成的牛胰島素結晶。總結人工合成結晶牛胰島素的成功有兩方面原因：①得益于黨和國家領導人對基礎研究的高度重視，將該項任務上升為國家意志，為早日完成牛胰島素合成工作給祖國爭光，科研人員做出了不懈的努力；②采取了舉國體制的攻關組織方式，最初采取“大兵團作戰”的方法，后因效果不佳而終止，改為由?3?家單位的精干力量緊密協作攻關，并取得了最終的成功。

我國化學科學發展面臨的問題與挑戰

經過多年努力，我國化學的基礎研究取得了長足進步，形成了一批重大創新成果。例如，2020?年化學領域共有?15?項成果榮獲國家科學技術獎，其中?4?項成果榮獲一等獎。然而，與發達國家相比，我國的化學研究還存在一些值得重視的問題及深層原因。

化學作為“中心科學”的地位在我國有待提高。從自然科學的發展歷史看，物理學作為開端，被認為是自然科學的代表，而隨著人類對于生命健康的重視，生物學也逐漸受到重視；反觀化學，作為連接二者之間的橋梁，卻總是“退居二線”，在我國更是如此。例如，在我國的基礎教育階段，化學教育處于相對劣勢地位。從資助特征來看，以國家自然科學基金為例，對化學的資助與數學、物理學、生物學、地球科學等一樣，仍以傳統的單一學科資助模式為主，這難以滿足化學的交叉特性。

重大原創性成果在化學領域最有可能實現但仍顯不足。作為優勢學科，我國化學研究水平處于世界前列，在一些領域已經接近“無人區”；并且，化學作為綜合性、交叉性學科，是最有可能產生原創性成果的領域。然而，由于我國化學基礎研究源于跟蹤和模仿，知識積累不足、底層技術原理不清楚、基礎工藝能力不足等原因，我國化學研究在開辟新方向、創立新學說、提出新理論等方面仍然較為缺乏。此外，我國化學基礎研究資助主要來源于國家自然科學基金和國家重點研發計劃的?68?個專項，這種“零散、點狀”的支持方式不利于產出重大原創性成果。

穩定支持不足不利于以反復實驗和持續積累為特征的化學研究。根據?Bj?rk對?178?年來諾貝爾獎獲得者的統計研究，與其他領域相比，化學家可能要花最長的時間才能做出其最大成就。與以邏輯思維為核心特征的數學和物理學不同，化學研究更多依賴于連續反復的實驗，更加需要“冷板凳”式的長期積累。然而，我國對化學研究尤其是化學基礎研究的持續穩定投入還遠遠不夠。例如，我國對納米科學的支持以競爭性經費為主，雖然它們對我國化學基礎研究的整體發展起到了關鍵作用，但過度競爭既不符合化學研究持續積累的特征，也不利于形成“甘坐冷板凳”的研究氛圍。

化學基礎研究對現代工業領域的支撐仍然不夠。近年來，我國化學領域?SCI?論文數量和引用量均居世界前列，但高質量論文的“繁榮”與高價值專利的“蕭條”形成鮮明對比。以化學藥產業為例，2019—2020?年，公開的全球化學藥產業發明專利排行榜前?50?名中，中國只占了?6?席，且其中只有?2?家為企業，而美國卻有?18?家企業上榜。中國與美國、德國、日本在化學成果產業化方面還存在著較大差距。尤其是一些新興的細分領域，如高性能復合材料、專用化學品、高端膜材料等，我國長期處于供給不足的狀態，有的甚至嚴重依賴進口。化學領域的基礎研究成果離實際應用還有很長的距離。

我國化學科學發展的戰略思考

我國化學科學的發展，不僅應體現化學中心科學的特色，緊抓現代大化學科學發展的新理念、新特點和新模式，而且應堅持國家需求導向，圍繞“四個面向”，構筑化學領域基礎研究的新架構。

面向世界科技前沿，開展挑戰導向型研究。發揮我國化學領域基礎研究的積累優勢和我國的制度優勢，針對化學領域的重大科學問題，重點開展分子制造化學、納米科學、材料化學、分子磁體、分子聚集體、手性物質化學、動態化學、軟凝聚態化學、非絕熱化學等領域的前瞻性、原創性、引領性基礎研究，不斷探索“無人區”。

面向經濟主戰場，開展質量導向型研究。以“雙碳”目標為牽引，發揮化學在能源、環境、化工等可持續發展中的作用，重點開展精準催化（如納米催化、單原子催化等）、能源化學、環境化學、分析科學與儀器、現代化工、綠色過程工程等交叉領域的基礎研究和應用基礎研究，為經濟高質量發展和綠色發展提供源頭支持。

面向國家重大需求，開展任務導向型研究。結合產業實際需求和緊急攻關任務，剖析并梳理“卡脖子”問題背后的深層次原因和化學領域的基礎原理，開展芯片化學、智能合成化學、分子光子學、新材料（如介孔材料、發光材料、新型碳材料）、光化學、化學設備與裝備關鍵核心技術問題等當前及未來一段時間內急需的基礎研究，為扭轉關鍵核心技術受制于人的局面提供支撐。

面向人民生命健康，開展使命導向型研究。以國家生物安全和人民生命健康為使命，通過化學的方法和理念解決生命科學問題，探究生命的化學本質，發展合成生物學、化學生物學、醫用材料化學、生命分析化學與分子醫學，發展新的臨床分子診斷策略和疾病精準治療策略等，為人民生命健康服務。

適應新架構的對策與建議

為進一步發展我國化學科學，更好地發揮化學作為中心科學的作用，支撐科技強國戰略，實現高水平科技自立自強，本文從資助模式、選題機制、研究范式、人才隊伍建設和提升國際影響力?5?個方面提出適應化學新架構的對策建議。

穩定支持與適度競爭相結合，形成符合化學中心科學特點和科研規律的資助模式。秉持化學中心科學的理念，既要推動化學自身發展，也要發揮化學在其他學科領域的作用。改變“撒胡椒面”“分蛋糕”式的傳統經費支持方式，以實現重大科學目標為導向，部署長周期、跨學科的資助計劃——建議以?10?年為一個周期，連續?5?個周期（50?年）以上。在基礎研究階段，建立長期穩定的財政投入預算制度和穩定增長機制，提高投入強度；針對較為聚焦的方向，可視體量采用定向委托的方式，對于個別有實力的機構或團隊，給予重點扶持和穩定支持。在應用研究、技術開發與產業化階段，構建多渠道、多元化的投入機制；對于重大目標導向的研究，通過多種方法和路徑的并行嘗試，采用多個技術路線的良性競爭模式。統籌考慮科學計劃與國立科研機構、全國重點實驗室等國家戰略科技力量的有機銜接，促進科學計劃和研究基地、人才隊伍、創新環境等多方面協同發展。

興趣導向與需求導向相結合，建立符合化學優勢學科的選題機制。①對于已經進入世界前沿和“無人區”的我國化學優勢領域，建立興趣導向和自由探索的選題機制；完善科技政策和科研管理機制；尊重科研的本真，支持“從?0?到?1”的原創性研究，促進更多國際引領性高水平科研成果的產出。②基于問題導向和需求導向，關注化學學科本身的重大問題對國民經濟有哪些潛在影響，以及梳理“雙碳”目標下需要解決的化學重大問題，積極部署和組織開展相關研究。③加強化學與其他學科的深度交叉融合研究。例如，加強表界面化學與先進物理表征、信息技術、清潔能源、環境保護、先進制造等前沿領域和國家急需技術的交叉合作，建立“以點帶群、群點結合”的學科溝通交流環境和研究平臺，開辟新的研究節點，形成在基礎理論上的創新和突破。

基礎研究與應用研究相結合，構建符合化學“實用科學”的研究組織模式。通過政策引導，與機械、電子、制藥等工業領域交互，加強產學研結合，引導企業參與研發工作，將實驗室的研究成果轉化成可為國家能源、環境、健康、國防等領域作出實質貢獻的產品和技術，真正造福于國家和人民。同時，鼓勵科研人員以多種形式參與企業研發，給科研工作者更大空間，讓他們在產業轉化中獲得實際利益，更好地促進基礎研究成果向生產實際靠近。鼓勵從瓶頸技術角度凝練科學問題，梳理出如芯片、儀器等“卡脖子”、潛在“卡脖子”和“反卡”研究領域中的化學問題作為研究重點。堅持實驗和理論同步并行、融為一體，加速重大科學問題的發現和解決，做到“基礎前沿，原創優先；科學論文，質量優先；專利授權，落地優先”。

信任授權與績效考核相結合，建立從教育到科研的多層次化學人才培養與評價體系。在研究平臺、科學設備、人員配備方面給予科研國家隊重點支持，保障其研究需求與基礎待遇，維持項目研究團隊的長期穩定性，全力推進化學研究國家隊建設。注重高考的引導效應，通過化學競賽、實驗室參觀、科學家講座等方式，加強中學和大學基礎化學教育，培養化學研究人才后備軍。對于青年科研人員，尤其是領軍人才和團隊，給予充分信任和更多的自主權，建立信用體系，在科學共同體內營造對優秀青年科學家的服務意識和運行機制。依托更加準確的科研人員績效評價標準，體現以人為本的考核評價理念，給科研人員試錯的空間，避免任務指標教條化和“一刀切”。減少對科研人員的評價，建議每?5?年對科研工作績效進行一次匿名評估，連續?2?次（10?年）評估結果位列后?30%?的科研人員，實行末位淘汰。

自主研究與開放合作相結合，提升我國化學領域的原始創新能力和國際影響力。對有機催化、結構化學、高分子材料等具有領先優勢的研究方向，依托國家實驗室、國立科研機構、全國重點實驗室等優勢機構，組織高水平研究隊伍，推動和引領這些領域的發展，形成具有中國標簽原創性的特色研究領域，通過“以點帶面”的形式，實現化學科學整體地位的提升。對于具有戰略價值的研究方向，如重大科研儀器、能源化學等，建議發揮舉國體制優勢，由政府和市場共同推動自主開發和研制，提高相關產品國產化率。同時，通過組織國際合作項目、國際會議、研究人員互訪、研究生聯合培養等方式，加強國際合作與交流，拓展國際合作范圍；支持本土優秀化學期刊發展與品牌建立，保障成果發表優先權，提升我國知名度、認可度和話語權，保持并引領我國化學科學的優勢地位和研究水平。

（作者：程燕林 中國科學院科技戰略咨詢研究院，吳樹仙、戴慶、陳春英、趙宇亮 國家納米科學中心；《中國科學院院刊》供稿）

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